- Les physiciens de l’Université d’Oxford ont simulé avec succès comment la lumière interagit avec l’espace vide – un phénomène que ce soit autrefois appartenant uniquement au domaine de la science-fiction.
- Les simulations ont recréé un phénomène bizarre prédit par la physique quantique, où la lumière semble être générée par l’obscurité.
- Les résultats ouvrent la voie à des installations laser du monde réel pour confirmer expérimentalement des phénomènes quantiques bizarres.
- Les résultats ont été publiés aujourd’hui (5 juin) dans Physique des communications.
En utilisant une modélisation informatique avancée, une équipe de recherche dirigée par l’Université d’Oxford, travaillant en partenariat avec l’Instituto Superior Técnico à l’Université de Lisbonne, a réalisé les premiers simulations en trois dimensions en temps réel – un État assumé une fois pour être vide, mais que les prédits physiques quantums sont entièrement full de l’électron virtuel.
De manière passionnante, ces simulations recréent un phénomène bizarre prédit par la physique quantique, appelée Mélange de quatre vagues sous vide. Cela indique que le champ électromagnétique combiné de trois impulsions laser ciblées peut polariser les paires d’électrons-posititrons virtuelles d’un vide, ce qui fait rebondir les photons comme des boules de billard – générant un quatrième faisceau laser dans un processus « Light from Darkness ». Ces événements pourraient agir comme une sonde de nouvelle physique à des intensités extrêmement élevées.
«Ce n’est pas seulement une curiosité académique – c’est une étape majeure vers la confirmation expérimentale des effets quantiques qui, jusqu’à présent, ont été principalement théoriques», a déclaré le co-auteur de l’étude, le professeur Peter Norreys, Département de physique de l’Université d’Oxford.
Le travail arrive juste à temps alors qu’une nouvelle génération de lasers ultra-puissants commence à se mettre en ligne. Des installations telles que le projet Vulcan 20-20 du Royaume-Uni, le projet européen de l’infrastructure de la lumière extrême (ELI) et les installations de la station chinoise pour la lumière extrême (SEL) et la brillance sont déterminées à fournir des niveaux de puissance suffisamment élevés pour confirmer potentiellement la diffusion de photons-photons en laboratoire pour la première fois. La diffusion de photons-photons a déjà été sélectionnée comme l’une des trois expériences de navire de drapeau à l’installation laser Opal Dual-Beam 25 PW de l’Université de Rochester aux États-Unis.
Les simulations ont été réalisées à l’aide d’une version avancée d’Osiris, un progiciel de simulation qui modélise les interactions entre les faisceaux laser et la matière ou le plasma.
L’auteur principal Zixin (Lily) Zhang, un doctorant au département de physique d’Oxford, a déclaré: «Notre programme informatique nous donne une fenêtre 3D résolue en temps sur une expérience de diffusion quantique, nous avons pu être hors de portée. Simulation, nous pouvons désormais tourner notre attention vers des scénarios plus complexes et exploratoires, y compris les structures de faisceau laser exotiques et les impulsions de mise en ligne volante. »
Surtout, ces modèles fournissent des détails sur lesquels les expérimentateurs dépendent pour concevoir des tests précis et réels, y compris des formes laser réalistes et des horaires d’impulsions. Les simulations révèlent également de nouvelles perspectives, y compris comment ces interactions évoluent en temps réel et comment les asymétries subtiles de la géométrie du faisceau peuvent déplacer le résultat.
Selon l’équipe, l’outil aidera non seulement à planifier de futures expériences laser à haute énergie, mais pourrait également aider à rechercher des signes de particules hypothétiques telles que les axions et les particules millichargées – les candidats potentiels pour la matière noire.
Le co-auteur de l’étude, le professeur Luis Silva (à l’Instituto Superior Tecnico, universitaire de Lisbonne et professeur invité en physique à l’Université d’Oxford) a ajouté: «Un large éventail d’expériences planifiées dans les installations laser les plus avancées seront très aidées par notre nouvelle méthode informatique mise en œuvre dans l’Osiris. La modélisation numérique est les fondements d’une nouvelle ère dans les interactions laser-matière, qui ouvriront de nouveaux horizons pour la physique fondamentale. »
Pour les demandes des médias, contactez Caroline Wood: Caroline.wood@admin.ox.ac.uk
L’étude «modélisation informatique du vide quantique semi-classique en 3D» sera publié dans Physique des communications À 10 h 00 BST / 05:00 AM HE jeudi 5 juin 2025 à https://www.nature.com/articles/s42005-025-02128-8 doi.1038 / s42005-025-02128-8
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